癌症特效药靶向药物主要有两大类，大多数癌症特效药靶向药物是小分子的化学药物或抗体药物。小分子药物因为较容易通过细胞膜进入细胞，因此能攻击细胞内的靶向；抗体药物因为分子较大不易进入细胞，因此主要开发于攻击癌细胞表面的靶向。靶向药物因为锁定的靶向不同，会透过不同方式削弱病患癌细胞的势力，根据癌症网简述如下：癌细胞之所以能够在体内坐大，部分原因是因为能躲避人体免疫系统的监督。某些靶向药物能将癌细胞标示出来，使免疫系统易于辨识癌细胞并攻击。另外有些靶向药物则能活化病患的免疫功能，增强他们对抗癌细胞的能力。
许多癌细胞由于细胞表面的接受器蛋白（如 EGFR）突变，或大量表现而不断发出刺激细胞生长的讯号，某些癌症特效药靶向药物即是锁定这些异常的受器蛋白，抑制它们的活性进而抑制癌细胞生长。肿瘤会分泌促进血管新生的生长因子（如 VEGF）以供应其成长所需，有些靶向药物即以此因子为攻击目标，进而阻碍生成新的血管使肿瘤生长受阻。这类靶向药物还可消除肿瘤内原有的血管而使肿瘤缩小。
携带毒性物质至癌细胞，有些抗体药物会与化学药物、毒素、放射性物质相连接，当抗体专一性地结合至癌细胞表面的蛋白质同，也将这些有毒物质带来，癌细胞会吸收这些毒物死去，正常细胞因不会被抗体药物辨认，因此较不受此药物的伤害。部分乳癌及前列腺癌患者的癌细胞需要性荷尔蒙刺激才能生长，目前已有癌症特效药靶向药物能抑制病患体内新生成这些荷尔蒙，或是阻碍这些性荷尔蒙作用于癌细胞，达到治疗癌症的效果。正常细胞 DNA 若累积过多错误时，会启动细胞自杀的程序，但癌细胞此机制已失灵。有些药物可恢复癌细胞自杀程序，使其重新走向自杀方向。
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